淺談GPS技術在疏浚工程中的應用

周世永 寧新龍

摘 ?要：隨著時代的進步，科技的發展，測量技術逐漸進入高科技時代。本文通過工程實例來論述GPS技術在疏浚工程中的應用，通過對GPS定位原理、特點以及其在挖泥船的安裝使用情況等的介紹，使大家對GPS技術在疏浚工程中的應用有了更進一步的了解，同時為相關工作者提供一定的參考。

關鍵詞：GPS;絞吸式挖泥船;測量技術;疏浚工程

中圖分類號：U616 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2020）05-0000-00

1 GPS技術簡述

1.1 GPS定位原理

GPS技術是利用交互定位原理，通過衛星測量出已知點位置到未知點的距離，然后綜合多顆衛星數據參與解算，求出未知點的具體位置。衛星到未知點的距離通過信號傳播的時間來測定，再乘以傳播速度便可得出距離。

簡單來說，小于高度截止角的低角度衛星會干擾測量位置的精度，接收機無法取得固定解，常遇到的問題就是接收機一直處于浮點解狀態。我們適當調整高度截止角，屏蔽一些干擾的低角度衛星，可以適當提高取得固定解的概率，當然影響固定解的因素很多，并不能保證提高高度截止角就一定可以取得固定解，只是提高概率而已[1]。

1.2 GPS技術特點

（1）全球范圍內連續覆蓋，不管是美國的GPS衛星系統、俄羅斯的格洛納斯衛星系統、歐洲的伽利略衛星系統還是我國的北斗衛星系統，它們的空間分布和運行時間都是通過精心設計的，在世界上任何地點任何時間都可以觀測到至少四顆衛星，從而確保全球、全天候、連續不間斷的三維定位。

（2）實現實時定位。GPS定位技術可以實時確定用戶目標的三維坐標位置，實現實時定位。因此可以保證用戶實現預設線路導航、實時監控、避開不利環境修正導航路線以及選擇最佳的航行線路。

（3）功能多且精度高。GPS定位技術可以為用戶連續提供動態目標的三維坐標位置、速度和時間信息;為靜態目標提供較高的定位精度。隨著科學技術的發展與提高，GPS定位技術也將會進一步得到提高和深化。

2 疏浚工程相關介紹

2.1 疏浚工程簡介

疏浚工程就是利用挖泥船或其他機械設備以及人工配合完成的一種水下挖掘，為擴寬和挖深水域進行的土石方工程。

疏浚工程主要應用于：①新航道港口和運河的開挖;②碼頭、船塢等建設;③河道疏通水庫清淤等;④挖深、擴寬和清理現有航道和港口;⑤清除水下障礙物⑥吹填造陸地、填海等工程。

2.2 關于絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船，是進行水下開挖的一種施工機械。其工作原理是用船首的各型絞刀將水下泥土絞切成泥水混合物，經離心式泥漿泵從水下吸入由排泥管系排送至棄土場地。

絞吸式挖泥船，以水力輸泥，成本最低，疏浚后的槽底比較平整，生產過程中停工時間少，生產率大，輔助機具少，缺點是可吸挖的土壤受到限制，不采取一定措施，難以開挖石塊或石質性土壤。

3 GPS技術在疏浚工程中的應用分析

利用GPS技術來測量定位，從應用情況來看，均取得良好應用價值，總結有以下優點：

（1）GPS定位技術可以準確、可靠、高效獲得平面坐標位置。

（2）GPS技術實時的三維坐標數據比常規測量技術更具有優越性。水面高程減去測深儀的水深數據就可以得到水下高程。與設計高程進行比對，實時做到不欠挖，不漏挖，不超寬，不超深。

（3）操作簡便，自動化作業程度高。三維數據可實時輸出水下地形。

（4）對水下地形實時監控，動態可見。可隨時掌握已疏浚的平面范圍和挖泥厚度。

（5）全天候作業，不受天氣影響，夜間仍可疏浚，施工作業不中斷。

4 工程實例

我公司承接孟加拉國境內河道治理工程，該工程開挖區域狹小，呈不規則形狀，部分水底設計高程呈坡面走向且設計要求精度高，為滿足施工要求，高質量完成疏浚任務。項目部采用GPS定位技術和“德盛號”海貍3800挖泥船相互配合完成疏浚作業。

硬件及軟件配置如下：

GPS接收機三臺。一臺用作岸上基準站，另外兩臺作為移動站安裝在挖泥船上。

筆記本或臺式電腦一臺，需帶COM串口。

鉸刀頭測深指示器一套。

HydroPRO水上導航施工測量專業軟件一套。

選擇雙GPS進行測量定位，為了更好的掌控挖泥船在施工作業中的實時動態。這樣既有定位又有定向，其測量精度遠遠高于單臺GPS定位方法。

GPS設備架設步驟：首先在岸上已知點架設基準站。應選周圍空曠，無干擾，無影響GPS信號的地方架設。然后在挖泥船上設立移動站。一臺固定在駕駛室前段，一臺固定在近主鋼樁的地方。兩臺移動站盡量安裝在船體中軸線上，否則需要角度改正。也可根據船體結構特征來確定安裝位置，力求平穩牢固，上方無遮擋物。

絞吸式挖泥船是以鋼樁為圓心，船體為半徑的弧線形挖泥作業的。在挖泥作業時，我們既要知道鉸刀的位置，也要知道定位鋼樁的位置。若只知道鉸刀的位置，那么鋼樁的偏差會造成超挖或者漏挖;若只知道鋼樁的位置，則我們無法確定鉸刀是否挖到邊線。

通過軟件定義船形，在“船的方向”必須勾選“雙GPS定位”，“船形定義”對話框中的“船寬”和“船長”是根據兩GPS接收機天線來定義的，連線方向為“船長”，反之則為“船寬”。

確定好船形之后，建立船舶坐標系。平行于定位GPS指向的船的中軸線為X軸正方向，X軸順時針90°為Y軸正方向，X軸與軟件定義的船長方向的尾部交點為坐標原點0，根據船舶坐標系中象限位置來確定主工作點位置、輔工作點位置、定位GPS位置值。此外主工作點、輔工作點的位置可根據實際需要任意設置。

挖泥船在作業前打開電腦上的測量軟件HydroPRO，使軟件進入測量狀態。駕駛員可以看到挖泥船的動態位置、當前坐標數據和偏離計劃性的距離;移錨人員根據圖形顯示和駕駛員反饋進行移錨修正船位。

這樣GPS定位系統就實現了對挖泥船的實時導航和測量放樣定位功能，利用GPS和鉸刀頭測深器的配合，進行水深測量。通過測量成圖軟件繪制水深圖，并對水深圖進行檢查分析，將欠挖數據導入導航軟件中，挖泥船根據欠挖點位置進行補挖。

通過以上操作步驟，挖泥船操作人員就可以通過電腦屏幕視圖顯示進行開挖過程中平面范圍和設計挖深的控制，實現挖泥船水下疏浚施工的可視化操作。

5 結語

由于GPS定位系統具有全天候作業優點，其一般不受天氣影響，挖泥船在儀器設備安裝和軟件設置調試完成后，可持續作業分班疏浚，為項目如期完工創造了有利條件，避免以往頻繁的測量放樣工作，減少了技術人員的投入，節約了施工成本，提高了工程經濟效益。

在工程竣工驗收時，水下地形圖成果完全符合規范要求，水下地形沒有一處出現超欠挖現象。由此可見，GPS技術在疏浚工程中發揮著重要作用，在未來應用將更加深遠，將會產生更大的技術效益和經濟效益。

參考文獻

[1]余銳.GPSRTK與數字測深集成技術在航道疏浚中的應用[J].測繪地理信息，2014，39（5）：47-49.

收稿日期：2020-04-02

作者簡介：周世永（1963—），男，山西應縣人，本科，工程師，主要從事測量管理工作。

Abstract：With the progress of the times and the development of science and technology， measurement technology has also entered the high-tech era. This article discusses the application method of GPS technology in dredging engineering through engineering examples. Through the introduction of GPS positioning principles， characteristics， and its installation and use in dredgers， let everyone know more about the application of GPS technology in dredging engineering. Further understanding， has a certain reference role.

Keywords：GPS;cutter suction dredger;survey technology;dredging engineering